Обеспечение экологической безопасности балластных вод на судах смешанного "река-море" плавания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат технических наук Сустретова, Наталья Владимировна

• Сустретова, Наталья Владимировна
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сустретова, Наталья Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ БАЛЛАСТНЫХ ВОД НА СУДАХ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ.

1.1 Видовое разнообразие и пути распространения организмов, перевозимых с балластными водами на судах.

1.2 Международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ БАЛЛАСТНОЙ ВОДЫ НА СУДАХ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ.

2.1 Анализ особенностей балластной воды судов смешанного плавания

2.2 Характеристика и описание способов и средств, пригодных для обезвреживания балластной воды на судах.

2.3 Выбор способа обезвреживания балластной воды.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА ХЛОРИРОВАНИЯ БАЛЛАСТНОЙ ВОДЫ НА СУДАХ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ.

3.1 Экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды на процесс хлорирования.

3.2 Экспериментальные исследования влияния качества воды в балластных цистернах на процесс хлорирования.

3.3 Математическое описание процесса хлорирования балластной воды на судне.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА СУДОВОЙ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ БАЛЛАСТНЫХ ВОД НА

СУДАХ СМЕШАННОГО «РЕКА-МОРЕ» ПЛАВАНИЯ И МЕТОДИКИ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЕЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК.

4.1 Анализ конструкций балластных систем судов смешанного плавания

4.2 Описание процесса обезвреживания балластной воды на судне.

4.3 Разработка судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды и методики определения ее основных характеристик.

4.3.1 Разработка математической модели работы системы обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне.

4.3.2 Методика определения основных характеристик системы обеспечения экологической безопасности балластной воды.

4.4 Применение методики определения основных характеристик системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судне.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение экологической безопасности балластных вод на судах смешанного "река-море" плавания»

В настоящее время одной из важных проблем в области обеспечения экологической безопасности судов является проблема предотвращения вселения чужеродных видов в закрытые для их естественного обитания водоемы. В значительной степени эта проблема обусловлена развитием судоходства и переносом организмов в судовых балластных водах и осадках.

Значение этого пути вселения чужеродных и опасных для региона организмов будет увеличиваться по мере интенсификации судоходства, поэтому каждое судно, перевозящее и сливающее балластные воды, можно рассматривать как источник потенциальной экологической опасности.

В настоящее время в результате антропогенной деятельности по нашей планете ежедневно перемещаются десятки тысяч видов животных и растительных организмов. При этом, развитие их в данном регионе, приводит к весьма серьезным экологическим, социальным и экономическим последствиям. Ввезенные чужеродные виды по праву считаются второй по значению угрозой биоразнообразию природных экосистем (после разрушения мест обитания) [43, 55].

В ряде случаев ущерб окружающей среде от внесенных чужеродных видов значительно превышает отрицательные последствия всех других антропогенных факторов.

В отличие от большинства загрязняющих веществ антропогенного происхождения, которые в природных экосистемах в ходе процессов самоочищения обычно разрушаются и поддаются эффективному контролю со стороны человека, успешно вселившиеся чуждые организмы могут размножаться и распространяться в окружающей среде часто с непредсказуемыми и необратимыми последствиями.

Вселение чужеродных видов животных, растений и микроорганизмов в природные сообщества в результате деятельности человека (интродукции) представляет собой биологическое загрязнение.

Последствия биологического загрязнения, в отличие от других видов антропогенного воздействия (например, нефтяного загрязнения), имеют, как правило, необратимый характер. Это обусловливает особую опасность такого антропогенного воздействия и определяет специфику мер борьбы с биологическим загрязнением: они должны носить преимущественно превентивный характер.

Проблема биологических инвазий весьма актуальна для прибрежных и внутренних вод России [4, 6, 21, 51, 59, 113]. Во внутренних водоемах Европейской части России в настоящее время происходят нежелательные изменения в водных сообществах.

Проведенный обзор проблемы биологического загрязнения, международного и Российского законодательства и сотрудничества в данной области показывает, что обусловленное антропогенной деятельностью биологическое загрязнение является экологической проблемой глобального характера и представляет собой серьезную угрозу экологической безопасности России.

В значительной степени эта проблема обусловлена переносом различных видов организмов из одного бассейна в другой с балластными водами судов. В связи с этим, Россией в 2007 году была одобрена "Международная Конвенция по контролю и обработке судового водяного балласта и осадков (International Convention for the Control and Management of Ships' Ballast Water and Sediments, 2004) [53].

Рекомендуемый этой Конвенцией основной способ предотвращения биологического загрязнения, путем замены балласта на глубине, по меньшей мере, 200 метров и на удалении от берега не менее 200 морских миль не применим для судов смешанного «река-море» плавания, в силу их конструктивных особенностей и эксплуатационных характеристик. К тому же этот способ малоэффективен, потому что даже при трехкратной смене балласта в танках образуются застойные зоны и полной смены воды не происходит [73].

В связи с этим, в России и за рубежом активно ведутся исследования в направлении поиска новых способов обезвреживания балластных вод на судах. Известны работы И.А. Сагайдака (Украина) [80], фирмы Mitsui OSK Lines - MOL (Япония) [110], система обновления судовой балластной воды (Россия) [66], система обработки балласта компаний Kure National Coll. Tech-nol. и Babcock-Hitachi K.K. (Япония) [129], система SEDNA фирмы HAMANN AG (Германия) [92], системы фирм Ecochlor, Inc. и Matson Navigation Company, Inc. (США) [29], система и метод для обработки водяного балласта (США) [130] и др.

При рассмотрении всех возможных способов обращения с судовыми балластными водами наиболее реальными и перспективными являются способы обезвреживания балласта на борту судна.

Однако, в этих работах отсутствуют исследования посвященные обеспечению экологической безопасности балластных вод, учитывающих особенности конструкции и эксплуатации судов смешанного (река-море) плавания, поэтому исследования в этом направлении являются актуальными.

Целью работы является научное обоснование создания судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод путем их обезвреживания на борту судов смешанного плавания и методики определения основных характеристик этой системы.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. впервые выполнено математическое описание процесса и технологии обезвреживания хлором судовых балластных вод случайного состава путем внесения необходимой для обезвреживания балласта дозы хлора и последующего управления качеством воды за счет непрерывного контроля и поддержания содержания хлора в воде на необходимом, допустимом уровне;

2. разработана принципиальная схема судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

3. создана математическая модель работы судовой системы обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

4. выполнены исследования распада хлора в балластной воде в зависимости от его концентрации в ней после принятия балласта, длительности рейса судна и температуры балластной воды; получено выражение для расчета дозы хлора, обеспечивающей экологически безопасное состояние балластной воды;

5. получен патент на полезную модель №85143 «Система обновления судовой балластной воды».

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. создана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного плавания;

2. результаты исследований использованы при выполнении ВГАВТ-ом научно-исследовательских работ: «Разработка дополнений к Правилам экологической безопасности судов» (письмо ГУ РРР №15-211107 от 02.05.2006г.); «Предотвращение загрязнения внутренних водных путей балластными водами судов смешанного (река-море) плавания» по заданию Российского Речного Регистра (письмо №15-21-3195 от 12.11.2007г.);

3. результаты исследований используются в учебном процессе по дисциплине «Промышленная экология» специальности «Инженерная защита окружающей среды».

Объектом исследований является судовая система для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания.

Предметом исследований является процесс обезвреживания балластной воды со случайным переменным составом загрязнений с помощью хлора.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением: фундаментальных научных методов теории кинетики химических реакций, аппарата математического планирования эксперимента, методов экспертной оценки и статистического анализа.

Все теоретические и экспериментальные исследования, результаты которых приведены в диссертационной работе, выполнены автором самостоятельно или при его непосредственном участии.

Результаты исследований докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности функционирования и развития транспорта Поволжья» (Н.Новгород, 2003); международном форуме «Великие реки» (Н.Новгород, 2005, 2006, 2007, 2008).

По теме диссертации опубликовано девять работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (130 наименований) и приложения. Работа содержит 104 страницы машинописного текста, включающих 2 с. содержания, 13 с. списка литературы, 13 рисунков и 17 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Экология (по отраслям)», Сустретова, Наталья Владимировна

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В диссертационной работе были получены следующие основные результаты исследований:

1. Исследовано количество, видовое разнообразие и пути распространения организмов, ввозимых с балластными водами судов смешанного «река-море» плавания во внутренние водоемы и водотоки.

2. Проанализированы международные и национальные требования к качеству балластных вод и практика обращения с ними.

3. Выполнены исследования особенностей эксплуатации судов смешанного плавания в балластных рейсах

4. Исследованы особенности состава загрязнений балластной воды на судах смешанного плавания.

5. Описаны способы и средства обезвреживания балластной воды судов смешанного плавания.

6. Определен способ управления качеством балластной воды на судах смешанного «река-море» плавания.

7. Проведены экспериментальные исследования влияния качества забортной морской воды и состояния балластных цистерн на процесс хлорирования.

8. Выполнено математическое описание процесса обезвреживания хлором балластной воды на судах.

9. Разработана принципиальная схема и математическая модель работы судовой системы обезвреживания балластной воды с помощью хлора.

10.Разработана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластных вод на судах смешанного «река-море» плавания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации рассмотрена актуальная проблема обеспечения экологической безопасности балластной воды на судах смешанного плавания.

Разработана технологическая схема обезвреживания балластной воды на судне.

Создана методика определения основных характеристик судовой системы для обеспечения экологической безопасности балластной воды на судах смешанного «река-море» плавания.

Результаты исследований использованы при выполнении ВГАВТ-ом научно-исследовательских работ: «Разработка дополнений к Правилам экологической безопасности судов» (письмо ГУ РРР №15-21-1107 от 02.05.2006г.); «Предотвращение загрязнения внутренних водных путей балластными водами судов смешанного (река-море) плавания» по заданию Российского Речного Регистра (письмо №15-21-3195 от 12.11.2007г).

Получен патент на полезную модель №85143 «Система обновления судовой балластной воды» от 27.07.09.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сустретова, Наталья Владимировна, 2011 год

1. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. — М.: Наука, 1976. — 279 с.

2. Александров A.B. Судовые системы. Л.: Судостроение, 1966. — 220 с.

3. Александров Б.Г. Проблема переноса водных организмов судами и некоторые подходы к оценке риска новых инвазий // Морской экологический журнал. — 2004. — Т. 3. № 1. — С. 5-17.

4. Анцулевич А. Е., Старобогатов Я. И. Первое обнаружение моллюсков отряда Nudibranchia (Tritonii formes) в Каспийском море // Зоологический журнал, 1990.-Том 69, вып. П. С. 138-140.

5. Барац В.А., Николаев М.В., Эльпинер Л.И. Водоснабжение судов речного флота. М.: Транспорт, 1974. - 144 с.

6. Бахир В. M., Леонов Б. И., Паничева С. А. и др. Химический состав и функциональные свойства хлорсодержащих дезинфицирующих растворов // Вестник новых медицинских технологий. — 2003. — № 4.

7. Беляк А. А., Касаткина А. Н., Гонтовой А. В. И др. К вопросу об использовании растворов гипохлорита натрия в водоподготовке // Питьевая вода. — 2007. — № 2. — С. 25—34.

8. Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. — 3-е изд.-М.: Наука, 1983.

9. Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия в центре наук: в 2-х частях. Пер. с англ. -М.: Мир, 1983. - 520 е., илл. - Ч. 2.

10. Возная Н.Ф. Химия воды и микробиология. М.: Высшая школа, 1979. — 340 с.

11. М.Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2006. - 575 с.

12. Вершинин Н.П. Установки активации процессов. Использование в промышленности и сельском хозяйстве. Экология. — Ростов-на Дону. — 2004.-314 е., илл.

13. Гилмор Т.Г. Доклад на VIII международном семинаре по субстандартному судоходству. С.Пб., 2005.

14. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пособие для вузов. 9-е изд. - М.: Высшая школа, 2003. - 479 е., илл.

15. ГОСТ 4011-72. Вода питьевая. Методы определения общего железа. -М.: Изд-во стандартов, 1982. С. 60-66.

16. Даниэльс Ф., Альберти Р. Физическая химия. Пер. с англ. -М.: Высшая школа, 1967. 770 с.

17. Дгебуадзе Ю.Ю. Проблемы инвазий чужеродных организмов // Экологическая безопасность и инвазии чужеродных организмов. М.: МСОП, ИПЭЭ РАН. 2002. - С. 11-14.

18. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.Н. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. — М.: Наука. 1986. - 296 с.

19. Дэвид Г. Метод парных сравнений. М.: Статистика, 1978. - 144 с.

20. Ежова Е. Незваные гости / Инф.-аналитический журнал «Морская индустрия». Интернет: http://www.maritime industry.htm 2006.

21. Епифанов Б.С. Судовые системы: Учебник. — Д.: Судостроение, 1980. — 176 с.

22. Ермошкин Н.Г., Калугин В.Н., Корнилов Э.В., Кулешов И.Н. Судовые установки очистки сточных вод: способы и схемы очистки, устройство и эксплуатация: Учебн. пособ./ Под общ. ред. Пипченко А.Н. Одесса: ФЕН1КС - 56 с.

23. Ecochlor System начинает проверку эффективности созданной ею системы зачистки балластных вод. Интернет: http//www.maritimes.ru/news/1/272.htm 08.08.2005.

24. Жуков H.H., Драгинский B.J1., Алексеева Л.П. Озонирование воды в технологии водоподготовки // Водоснабжение и санитарная техника. -2000.-№1 С. 2-4.

25. Зайцев О.С. Общая химия. Направление и скорость химических процессов. Строение вещества. М.: Высшая школа, 1983. - 248 с.

26. Звягинцев А.Ю., Ивин В.В., Кашин И.А. и др. Население балластных вод судов в порту Владивосток 2009 г. // Биология моря. — 2009. № 1. — С. 29-40.

27. Ильин В.А., Садовничий В.А., Сендов Б.Х. Математический анализ. М.: Изд-во МГУ, 1985. - 662 с.

28. Инструкция по разработке судовых руководств по безопасной замене балласта в море. Российский Морской Регистр Судоходства, 2006 г., 17с.

29. Кандырин Ю.В. Автоматизированный многокритериальный выбор альтернатив в инженерном проектировании: Учеб. пособие / Под ред. В.Ф. Взятышева. -М.: Изд-во МЭИ. 1992. - 52 с.

30. Кандырин Ю.В., Шкурина Г.Л. Процедуры генерации и выбора при проектировании технических объектов: Учеб. пособие. — Рекомендовано У МО по САПР Минобра РФ. Волгоград: ВолГТУ. - 1999. - 84 с.

31. Каримова O.A., Зекцер И.С. Вода под водой. // Сборник научнопопулярных статей победителей конкурса РФФИ 2006г. Выпуск 10. Под ред. В.И. Конова. - М.: Октопус, 2007. - С. 309-317.

32. Каспийская экологическая программа. Интернет: http://caspianenvironment.org/ 2002.

33. Кеслер A.A., Фунтикова Е.В., Давыдова C.B. Общее устройство судов внутреннего и смешанного плавания: Учеб. пособие / под ред. Е.П. Роннова. Н. Новгород: изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2006. - 112 с.

34. Кичигин, В. И. Моделирование процессов очистки воды: Учеб. Пособие / В.И. Кичигин. М.: изд-во АСВ, 2003. - 230с.

35. Колонии Г.В. , Герасимов С.М., Морозов В.Н. Биологическое загрязнение // Экология. 1992. - №2. - С. 89-94.

36. Коробов В.Б. О методологии построения шкал для классификации природных объектов на основе балльных оценок. // Проблемы региональной экологии. 2002. - № 4. - С. 99-108.

37. Коробов В.Б., Кочуров Б.И. Бальные классификации в геоэкологии: преимущества и недостатки. Методы экологических исследований // Проблемы региональной экологии. 2007. - № 1. - С. 39-43.

38. Костюченко C.B. Технологические особенности выбора оборудования для обеззараживания воды УФ -излучением // Водоснабжение и санитарная техника. М. - 2003. - С. 3.

39. Кульский J1.A. Основы химии и технологии воды. Киев: Наукова думка, 1991.-564 с.

40. Кульский JI.A. Теоретические основы и технология кондиционирования воды / Под ред. Л.А. Кульского. К.: Наукова думка. - 1983. - 528 с.

41. Курников, A.C. Концепция повышения экологической безопасности судна / A.C. Курников. Н. Новгород: ВГАВТ, 2002. - 80с.

42. Кутовая Э. Федеральная целевая программа «Мировой океан» / Науч,-практический журнал «Экология производства». Интернет: http://www.ecoindustry/ru/news.htm 12.05.2006.

43. Маркова М. Опасность проникновения чужеродных видов / Национальный информационный центр по науке и инновациям. Интернет: http://www.sciencerf.ru январь, 2006.

44. Материалы третьего заседания Группы по морским источникам загрязнений (HELCOM MARITIME). Копенгаген, Дания.- 26-28 окт. 2004г.

45. Международная конвенция о контроле судовых балластных вод и осадков и управлении ими 2004года. СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2005. - 120 с.

46. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов 1973 г., измененная протоколом 1978 г. к ней. МАРПОЛ 73/78: в Зх кн. СПб.: ЦНИИМФ, 2000. - 669 с.

47. Министерство природных ресурсов Российской Федерации. Национальная Стратегия сохранения биоразнообразия России. М.: 2002. 137 с.

48. МУ 2.1.2.694-98 Использование ультрафиолетового излучения при обеззараживании воды плавательных бассейнов от 02.06.1998. Интернет: Ьйр://шшшлп&роо1.ги/СанПиН/уф-в-бассейнеМУ-2.1.2.htm.

49. МУ 2.1.5.800 99 Организация Госсанэпиднадзора за обеззараживанием сточных вод от 27.12.1999. - М., 2000. - 14 с.

50. МУ 3.2.17.57-03 Санитарно-паразитологическая оценка эффективности обеззараживания воды ультрафиолетовым излучением от 28.09.2003. Интернет: http:// www.bestpravo.ru/fed2003/data03/tex 14193.htm.

51. Николаев И. И. Последствия непредвиденного антропогенного расселения

52. Обеззараживание воды хлором. Интернет: http://www.coagulant.com.ua 20.01.2011.61 .Овчинников И.Н., Овчинников Е.И. Судовые системы и трубопроводы. —

53. Финского залива Балтийского моря в связи с биологическими инвазиями. // Труды Зоологического института РАН. Л., 1999. - Т. 279. - С. 305-325. 65.Основные факты об Организации Объединенных Наций. - М.: Весь Мир, 2005.-274 с.

54. Патент RU №85143 U1 Система обновления судовой балластной воды. Опубл. 27.07.2009. Бюл. №21. МПК: В63В 39/03, В63В 43/06.

55. ПНД Ф 14.1:2.110-97 Методика выполнения измерений содержания взвешенных веществ и общего содержания примесей в пробах природных и очищенных сточных вод гравиметрическим методом. — М., 1997. — 10 с.

56. ПНД Ф 14.1:2.116-97 «Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в природных и сточных водах методом ИКС». М.: ГУАК Минприроды РФ, 1995. - 8с.

57. ПНД Ф-14.1:2.113-97 Методика выполнения измерений массовой концентрации «активного хлора» в пробах природных и очищенных сточных вод титриметрическим методом. М. 1997. - 8 с.

58. Правила экологической безопасности для судов внутреннего и смешанного плавания. РРР. -М.: МГАВТ, 2000. 52с.